Влияние формы входа на сопротивление начального участка трубы

АГИШЕВ А.Р., СУНЕЙКИНА А.В., СУНЕЙКИН А.Н. КГЭУ, г. Казань

Науч. рук. канд. физ.-мат. наук, доцент ХАРЧУК С.И.

Известно, что гидравлическое сопротивление трубопроводов зависит от ряда факторов: режима течения, относительной шероховатости, длины трубы и формы входного устройства в трубу. Так в установившемся ламинарном течении в коротких трубопроводах (перемычки, штуцера, выход из резервуаров и т.п.) параметры потока отличаются от таковых в длинных трубах. В то же время не меньшее значение на результирующее сопротивление начального участка оказывает форма входного участка в трубопровод. Отсутствие скруглений и направляющих приводит к значительному росту гидравлического сопротивления по сравнению с равным по длине участком стабилизированного течения. Данное обстоятельство необходимо учитывать при разработке эффективных теплотехнических устройств.

Физически такое отличие связано с тем, что под действием сил вязкости происходит перераспределение скоростей по сечениям вдоль потока: слои жидкости, прилежащие к стенке, тормозятся, а центральная часть потока движется ускоренно, что обусловлено необходимостью обеспечения неизменного расхода жидкости. После этого устанавливается характерный для ламинарного течения в круглой трубе параболический профиль скорости, а течение становится стабилизированным. Течение на таком участке характерно для длинных труб, а участок называется основным.

Участок от начала трубы, на котором формируется параболический профиль скоростей, называется начальным участком течения .

Коэффициент сопротивления начального участка трубы зависит от его относительной длины и числа Рейнольдса.

Значение коэффициента гидравлического трения в этом случае вычисляется по формуле:

,

где и – коэффициенты гидравлического сопротивления начального и стабилизированного (основного) участков трубы.

Для определения длины начального участка можно пользоваться приближенной формулой Шиллера, выражающей эту длину, отнесенную к диаметру трубы, как функцию числа [1]:

,

.

В работе проведено численное исследование ламинарного течения на начальном участке круглой трубы с острыми кромками. Моделирование выполнено в отечественном лицензионном гидродинамическом пакете FlowVision. Определена длина начального участка, получена зависимость для поправочного коэффициента от безразмерного параметра в формуле Пуазейля для определения коэффициента сопротивления коротких труб.

Получено хорошее соответствие известным экспериментальным данным для труб с плавным входом при использовании поправки на форму входного отверстия [2].

Литература

1. . Башта Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов, О.В. Бабайков, Ю.Л. Кирилловский // М.: Машиностроение, – 1982, – с.73-75.

2. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / Под ред. М.О. Штейнберга.– 3-е изд., перераб. и доп. – М.:Машиностроение, 1992. – 672 с.: ил.

УДК 620.9